CN105101265A - 一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法，当小区的服务中断时利用中断服务的小区的邻区中未中断服务的小区的服务系统对所述中断服务的小区内的用户进行协作补偿服务，所述方法包含以下步骤：对所述未中断服务的小区的服务系统的信道进行协作分配以获取信道分配结果；基于所述信道分配结果进行信道分配以实现所述协作补偿服务，所述信道分配是将所述未中断服务的小区的服务系统的信道分配给所述中断服务的小区和所述未中断服务的小区中的各个用户。根据本发明的方法，可以在小区中断服务时为服务中断的小区内的用户继续提供服务，从而确保用户体验以及服务网络内所有用户的公平性。

Description

一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体说涉及一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法。

背景技术

随着无线通信高速化、宽带化、泛在化的发展，下一代移动通信网络变得越来越复杂，用户对无线接入网所提供服务的质量要求也越来越高。

但是随着用户数量的不断提升，服务信道分配情况越来越复杂，信号干扰也越来越严重。利用单一节点统一为所有用户服务已不能保证服务质量。因此当前主要采用多节点的服务方式。

为了保证服务质量，现有技术中通常采用分区服务。即将整个服务网络覆盖范围划分为多个小区，在每个小区中构造服务节点，通过每个小区中的服务节点为该小区中的用户提供服务。同时，为保证服务质量，随着用户密度的提高，小区被划分的越来越小，服务节点被部署的越来越密集。

在服务节点向用户提供服务的过程中，由于各种软件硬件问题，服务节点会出现异常/发生故障导致整个小区的服务被中断。进而使得该小区内的所有用户难以得到服务(小区服务中断现象在密集部署的小小区(Smallcell)网络中更易出现)。小区的服务中断会严重影响用户体验以及服务网络内所有用户的公平性。

因此，针对小区的服务中断问题，需要一种新的服务方法以在小区的服务中断时确保用户继续获取服务。

发明内容

针对小区的服务中断问题，本发明提供了一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法，当小区的服务中断时利用中断服务的小区的邻区中未中断服务的小区的服务系统对所述中断服务的小区内的用户进行协作补偿服务，所述方法包含以下步骤：

对所述未中断服务的小区的服务系统的信道进行协作分配以获取信道分配结果；

基于所述信道分配结果进行信道分配以实现所述协作补偿服务，所述信道分配是将所述未中断服务的小区的的服务系统的信道分配给所述中断服务的小区和所述未中断服务的小区中的各个用户。

在一实施例中，所述方法还包括以下步骤：

实时统计各小区的信道服务状态，所述信道服务状态包括所述各小区的用户的平均吞吐率和/或所述各小区的用户与所述各小区间所有信道的信道质量；

当所述小区的服务中断时基于所述信道服务状态对所述未中断服务的小区的的服务系统的信道进行所述协作分配。

在一实施例中，在进行所述协作分配的过程中，以所述信道分配完成后的所述中断服务的小区和所述未中断服务的小区中的所有用户的加权速率和作为衡量所述信道分配结果的标尺。

在一实施例中，所述加权速率和越大所述信道分配结果越优。

在一实施例中，在获取所述加权速率和的过程中，根据所述平均吞吐率的倒数确定所述用户的速率加权值。

在一实施例中，基于联盟博弈方法进行所述协作分配，其中，将所述未中断服务的小区作为联盟博弈的参与者，所有所述未中断服务的小区共可形成多个联盟但一个所述未中断服务的小区仅能处于某一个所述联盟内。

在一实施例中，针对特定的所述信道，处于同一个所述联盟内的所有小区将所述特定的信道共同分配给一个特定用户使用。

在一实施例中，根据所述平均吞吐率以及所述信道质量确定所述特定用户。

在一实施例中，当所述联盟仅包含一个所述小区时，所述特定用户为所述中断服务的小区中的用户或所述未中断服务的小区中的用户。

在一实施例中，当所述联盟仅包含多个所述小区时，所述特定用户为所述中断服务的小区中的用户。

根据本发明的方法，可以在小区中断服务时为服务中断的小区内的用户继续提供服务，从而确保用户体验以及服务网络内所有用户的公平性。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的场景示意图；

图2是根据本发明一实施例的方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

随着无线通信高速化、宽带化、泛在化的发展，下一代移动通信网络变得越来越复杂，用户对无线接入网所提供服务的质量要求也越来越高。

但是随着用户数量的不断提升，服务信道分配情况越来越复杂，信号干扰也越来越严重。利用单一节点统一为所有用户服务已不能保证服务质量。因此当前主要采用多节点的服务方式。

为了保证服务质量，现有技术中通常采用分区服务。即将整个服务网络覆盖范围划分为多个小区，在每个小区中构造服务节点(服务系统)，通过每个小区中的服务节点(服务系统)为该小区中的用户提供服务。同时，为保证服务质量，随着用户密度的提高，小区被划分的越来越小，服务节点(服务系统)被部署的越来越密集。

但是在服务节点向用户提供服务的过程中，由于各种软件硬件问题，服务节点(服务系统)会出现异常/发生故障导致整个小区的服务被中断。进而使得该小区内的所有用户难以得到服务(小区服务中断现象在密集部署的小小区(Smallcell)网络中更易出现)。小区的服务中断会严重影响用户体验以及服务网络内所有用户的公平性。

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法。根据本发明的方法，当小区的服务中断时利用中断服务的小区的邻区中未中断服务的小区的服务节点(服务系统)对中断服务的小区内的用户进行协作补偿服务。

以简单的示意图来描述本发明的方法，图1为一服务网络的示意图。如图1所示：110、120、130、140、150、160以及170为服务节点，其数字编号也可代表相对应的小区。111为小区110的用户，121为小区120的用户，131为小区130的用户，141为小区140的用户，151为小区150的用户，161为小区160的用户，171、172、173为小区170的用户(这里需要指出的是，图1仅仅为示意图，其中节点排布，用户数目并不完全代表实际情况)。

椭圆形虚线框代表小区170的服务范围，当服务节点170发生故障导致小区170的服务中断时，小区内的用户171、172以及173无法从服务节点170处获取服务。在现有技术情况下，意味着针对小区内的用户171、172以及173的服务的中断。

为了避免用户的服务的中断，根据本发明的方法，当服务节点170发生故障导致小区170的服务中断时，利用小区170的邻区中未中断服务的小区对小区170内的用户进行协作补偿服务，从而避免用户处的服务中断。

在图1所示的服务网络中，小区170的邻区为小区110、120、130、140、150以及160。并且小区110、120、130、140、150以及160的服务并没有中断(空心的闪电状箭头表示服务节点正在为相应的用户提供服务)。经过特定方式的服务分配，利用小区110、130、140、150以及160为小区170中的用户提供协作补偿服务(实心的闪电状箭头表示协作补偿服务)。

接下来基于流程图来详细说明本发明的一实施例的执行流程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中，协作补偿服务的实质是将未中断服务的小区的信道分配给中断服务的小区和未中断服务的小区中的各个用户。即首先对未中断服务的小区的信道进行协作分配以获取信道分配结果；然后基于信道分配结果进行信道分配从而使得每个用户都被分配到可以使用的信道以确保用户可以获取正常的服务。

在实际中，针对不同节点的不同信道，其具体的信道质量情况不同，各个用户的信道使用需求也不同。因此在信道协作分配过程中简单的分配信道无法保证网络效率以及用户体验。为了保证网络效率以及用户体验，在本实施例中，基于服务网络的实际情况进行信道的协作分配。

具体的，如图2所示，首先执行步骤S210，统计信道服务状态。在步骤S210中，实时统计各小区的信道服务状态。在执行步骤S210的同时执行步骤S211，中断检测步骤，监测是否出现小区服务的中断。当没有出现小区服务的中断时就继续执行步骤S210以及S211。当小区的服务中断时就可以在步骤S220(信道协作分配步骤)中基于信道服务状态对未中断服务的小区的信道进行信道的协作分配。

在本实施例中，考虑到用户体验主要集中在网络带宽以及网络稳定性两方面，因此信道的协作分配主要考虑信道的质量(稳定性)以及用户具体带宽需求。具体的，在本实施例中统计的信道服务状态包括各用户的平均吞吐率以及各用户与各小区间所有信道的信道质量。

在总体网络资源固定的情况下，提升某一用户的网络资源供应势必会降低其他用户的资源供应。考虑到服务网络内所有用户的公平性，在本实施例中还引入了体现所有用户公平性的标尺。以服务网络中的所有用户为对象，将所有用户的网络速度的加权速率和作为衡量公平性的标尺。加权速率和越大，证明当前的服务网络公平性以及容量性能越好。

那么具体到信道协作分配过程(S220)中，为了使得最终的信道分配结果更加公平，以信道分配完成后的中断服务的小区和未中断服务的小区中的所有用户的加权速率和作为衡量信道分配结果的标尺，加权速率和越大信道分配结果越优。

标尺决定好后就可以具体的进行信道的协作分配(S220)。基于联盟博弈的信道协作分配过程可描述为：对于任一信道n，首先，初始化联盟结构为任意结构；其次，按任意次序反复迭代执行对联盟结构中任意联盟集合子集的合并(Merge)以及对任意联盟集合元素的拆分(Split)操作过程，直至联盟结构不再变化，其中，在迭代过程中每个联盟所服务的用户根据比例公平算法进行选择；最后，按最终的联盟结构确定各小区对信道n的分配结果。接下来详细描述本实施例的协作分配的详细过程。

为便于分配的执行，在本实施例中，对于各个信道采用基于联盟博弈方法进行协作分配。具体的，将未中断服务的小区作为联盟博弈的参与者，所有未中断服务的小区共可形成多个联盟但一个未中断服务的小区仅能处于某一个联盟内。

具体到各个信道，即是对于信道集{1,2,…,n,…,N}中的任一子信道n，非中断小区的信道协作分配结果由联盟博弈方法获取，即将非中断小区集{1,2,…,m,…,M}中的所有非中断小区m作为联盟博弈的参与者，所有非中断小区共可形成多个联盟C_n＝{C_n1,C_n2,…,C_nI(n)}但一个小区仅能处于某一个联盟内，其中I(n)为信道n上的小区联盟数量；

如图1所示，联盟结构为：小区130以及140构成一个联盟，小区150以及160构成一个联盟，小区110构成一个联盟，小区120构成一个联盟。

在本实施例中，联盟的作用是对遭遇到小区服务中断的用户进行补偿服务，所有非中断小区所形成的联盟结构决定了各非中断小区的协作信道分配结果。

考虑到用户的公平性问题，处于同一联盟内的小区可依据比例公平调度将子信道分配给用户。即针对特定的信道，处于同一个联盟内的各小区将该信道共同分配给一个用户使用。在这里，根据联盟内成员的具体情况的不同，被分配到信道的用户可以是服务中断的小区中的用户，也可以是未中断服务的小区中的用户。并且，该用户的选取由平均吞吐率以及信道质量信息决定。

具体的，若一个联盟内仅有一个小区则该小区的服务用户选取范围为所有该小区的原服务用户U_m(m∈M)与待补偿用户U_F，根据比例公平调度算法，对于信道n的第i个联盟，该联盟内小区所服务的用户为：

$u^{*}(n,i)=\underset{u\∈U_m\∩U_F}{\arg \max }\left(w_u{\log }_2\right(1+\frac{p_{mn}{g}_{mnu}}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\≠m}{\Σ}{p}_{kn}{g}_{knu}}\left)\right).---\left(1\right)$

其中：u为用户标号；用户的速率加权值w_u由各用户平均吞吐率的倒数决定，即σ²为接收到的噪声；p_mn表示小区m在子信道n上分配的功率；g_mnu表示小区m在子信道n上到用户u的信道增益。

考虑到多小区对一个用户的协作业务传输将带来额外的协作信令开销，因此协作业务传输方式仅用于对中断服务的小区中的用户。因此，若一个联盟内有不止一个小区则这些小区的服务用户选取范围为所有待补偿用户U_F，对于信道n的第i个联盟，该联盟内小区所服务的用户为：

$u^{*}(n,i)=\underset{u\∈U_F}{\arg \max }\left(w_u{\log }_2\right(1+\frac{\underset{m\∈C_{ni}}{\Σ}{p}_{mn}{g}_{mnu}}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{m\∉C_{ni}}{\Σ}{p}_{mn}{g}_{mnu}}\left)\right).---\left(2\right)$

当联盟对应的用户选取完成后，相应的可以确定出各小区对信道n的资源分配情况。

在本实施例中，采用了所有用户的加权速率和作为衡量公平的标尺。因此接下来通过最大化所有用户加权速率和

$\underset{a}{\max }{\mathrm{\Σ}}_{n\∈N}({\mathrm{\Σ}}_{u\∈U_F}{w}_u{r}_{nu}+{\mathrm{\Σ}}_{m\∈M}{\mathrm{\Σ}}_{u\∈U_m}{w}_u{r}_{mnu})---\left(3\right)$

来确定所有非中断小区所形成的具体联盟结构C_n＝{C_n1,C_n2,…,C_nI(n)}。式3中，r_mnu为原服务用户在该子信道上所获得的速率；r_nu为待补偿用户在该子信道上所获得的速率。

以a_mnu来指示小区子信道的分配状态，即各小区对信道的分配结果，若小区m的子信道n被分配给用户u，则a_mnu＝1，否则a_mnu＝0。则所有在联盟C_ni中的小区设定a_mnu*(n,i)＝1，而对于其它未选择的用户设定a_mnu＝0。则：

原服务用户在该子信道上所获得的速率可表示为

$r_{mnu}=a_{mnu}{\log }_2(1+\frac{p_{mn}{g}_{mnu}}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\≠m,m\∈M}{\Σ}{p}_{kn}{g}_{knu}})---\left(4\right);$

待补偿用户在该子信道上所获得的速率可表示为

$r_{nu}={\log }_2(1+\frac{\underset{m\∈M}{\Σ}{a}_{mnu}{p}_{mn}{g}_{mnu}}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{m\∈M}{\Σ}(1-a_{mnu})p_{mn}{g}_{mnu}})---\left(5\right).$

由于没有得到服务的用户的速率为零，所以所有用户的加权速率和等于各个联盟所服务的用户的加权速率和，因此，定义每个联盟的收益为所服务用户的加权速率，即信道n的第i个联盟C_ni的收益R(C_ni)为：

$R\left(C_{ni}\right)=w_{u^{*}(n,i)}{\log }_2(1+\frac{\underset{m\∈C_{ni}}{\Σ}{p}_{mn}{g}_{{\mathrm{mnu}}^{*}(n,i)}}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{m\∉{\mathrm{\λ}}_{ni}}{\Σ}{p}_{mn}{g}_{{\mathrm{mnu}}^{*}(n,i)}})---\left(6\right).$

在本实施例中，多次获取不同的联盟结构对应所有用户加权速率和，从中确定出相对最大的所有用户加权速率和对应的联盟结构。以此联盟结果作为相对最优的联盟结构。

具体的，利用对联盟结构中任意联盟集合子集的合并(Merge)以及对任意联盟集合元素的拆分(Split)操作过程来获取新的联盟结构从而获取对应的新的所有用户加权速率和。以任意次序的不断迭代执行合并以及拆分操作直至获取相对稳定且最大的所有用户加权速率和。此时对应的联盟结构即为相对最优联盟结构。

对于一组任意的不相交的联盟的集合X＝{X₁,X₂,…,X_L}，如果将各个联盟合并成一个大联盟将获得更多的收益，那么则对这些联盟进行合并。联盟的合并规则可以表示如下：：

$Merge\left(X\right)=\left\{\begin{array}{ccc}X,& if& \underset{l}{\&Sigma;}R\left(X_l\right)\&GreaterEqual;R\&GreaterEqual;R\left(\underset{l}{\&cup;}{X}_l\right)\\ \underset{l}{\&cup;}{X}_l,& if& \underset{l}{\&Sigma;}R\left(X_l\right)<R\left(\underset{l}{\&cup;}{X}_l\right)\end{array}\right.---\left(7\right),$

类似地，对于任意一个联盟若将这个联盟拆分成若干更小的联盟Y′＝{Y₁,Y₂,…,Y_L}将获得更多的收益，那么则对这个联盟进行拆分。联盟的拆分规则可以表示如下：

$Split\left(Y\right)=\left\{\begin{array}{ccc}Y,& if& R\left(Y\right)\&GreaterEqual;\underset{l}{\&Sigma;}R\left(Y_l\right)\\ Y^{\&prime;},& if& R\left(Y\right)<\underset{l}{\&Sigma;}R\left(Y_l\right)\end{array}\right.---\left(8\right).$

最后执行步骤S230，协作补偿步骤。如图1所示，小区130以及140构成的联盟针对用户173进行补偿服务；小区150以及160构成的联盟针对用户172进行补偿服务；小区110构成的联盟针对用户171进行补偿服务；小区120构成的联盟不针对小区170中的用户进行补偿服务。

综上，根据本发明的方法，可以在小区中断服务时为服务中断的小区内的用户继续提供服务，从而确保用户体验以及服务网络内所有用户的公平性。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于解决小区服务中断的协作补偿服务方法，其特征在于，当小区的服务中断时利用中断服务的小区的邻区中未中断服务的小区的服务系统对所述中断服务的小区内的用户进行协作补偿服务，所述方法包含以下步骤：

对所述未中断服务的小区的服务系统的信道进行协作分配以获取信道分配结果；

基于所述信道分配结果进行信道分配以实现所述协作补偿服务，所述信道分配是将所述未中断服务的小区的的服务系统的信道分配给所述中断服务的小区和所述未中断服务的小区中的各个用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

实时统计各小区的信道服务状态，所述信道服务状态包括所述各小区的用户的平均吞吐率和/或所述各小区的用户与所述各小区间所有信道的信道质量；

当所述小区的服务中断时基于所述信道服务状态对所述未中断服务的小区的的服务系统的信道进行所述协作分配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行所述协作分配的过程中，以所述信道分配完成后的所述中断服务的小区和所述未中断服务的小区中的所有用户的加权速率和作为衡量所述信道分配结果的标尺。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加权速率和越大所述信道分配结果越优。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在获取所述加权速率和的过程中，根据所述平均吞吐率的倒数确定所述用户的速率加权值。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，基于联盟博弈方法进行所述协作分配，其中，将所述未中断服务的小区作为联盟博弈的参与者，所有所述未中断服务的小区共可形成多个联盟但一个所述未中断服务的小区仅能处于某一个所述联盟内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对特定的所述信道，处于同一个所述联盟内的所有小区将所述特定的信道共同分配给一个特定用户使用。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述平均吞吐率以及所述信道质量确定所述特定用户。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述联盟仅包含一个所述小区时，所述特定用户为所述中断服务的小区中的用户或所述未中断服务的小区中的用户。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述联盟仅包含多个所述小区时，所述特定用户为所述中断服务的小区中的用户。